（自然地理学专业论文）闽江河口湿地沉积物磷、硫及其分形研究.pdf

j，j_rr 。 ffl 摘要 a b s t r a c t t h em i n j i a n gr i v e re s t u a r yw e t l a n di so n eo ft h em o s tr e p r e s e n t a t i v ea n dt y p i c a l e s t u a r yw e t l a n di nt h es o u t h e a s ts e a s h o r eo fc h i n a t h i sa r t i c l em a i n l ys t u d i e do npa n ds f r a c t i o n sa n dc o n t e n t si nt h es e d i m e n t so ft h ey o u x i z h o u , b i a n f u z h o ua n ds h a n y u t a n w e t l a n d t h er e s u l t si n d i c a t e d ：( 1 ) t h es e d i m e n t so pc o n c e n t r a t i o nr a n g e db e t w e e n 0 。0 1 棚2 5 9k g 1 ，w h i c ha c c o u n tf o r1 9 - 3 3 1 ，o fw h i c hp r i m a r yf r a c t i o n sa r em l o p a n dm r o p ；i pc o n c e n t r a t i o nr a n g e db e t w e e no 1 3 一l m gk g 1 ，w h i c ha c c o u n tf o r 6 3 7 - 9 8 5 ，a n dc a pa n d ( f e + a i ) 一pa r et h ep r i m a r yf r a c t i o n s ：t sc o n c e n t r a t i o n r a n g e db e t w e e no 1 3 - - 3 6 3gk g 1 ，a n da sc o n c e n t r a t i o na c c o u n tf o r0 2 - 9 5 。( 2 ) n ec o n t e n t so fl o p 、m l o p 、e x c h p 、( f e + ) p 、c a - p 、 isa n da si nt h es e d i m e n t s w h i c hi nt h es e c t i o nn e a rt h et i d ed i t c hw e r eh i g h e rs i g n i f i c a n t l yt h a nt h a ti nt h ea r e af a r f r o mt h et i d ed i t c hi nt h e p h r a g m i t e sa u s t r a l i aw e t l a n do ft h es h a n y u t a n ；f o rt h ec y p e r u s m a l a c c e n s i sp a l ；w e t l a n di nt h es h a n y u t a n ，t h ec o n t e n t so fpf r a c t i o n so ft h es e d i m e n t s w h i c hi nt h es e c t i o nn e a rt h et i d ed i t c hw e r el o w e rt h a nt h a ti nt h ea r e af a rf r o mt h et i d e d i t c h ，a n dt h ec o n t e n t so fl o p 、m r o pa n dh r o pw h i c hi nt h es e c t i o nf a rf r o mt h et i d e d i t c hw e r eh i g h e rs i g n i f i c a n t l yt h a nt h a ti nt h ea r n e a rt h et i d ed i t c h 。b u to t h e rf r a c t i o n s o fpc o n t e n t si nt h es e c t i o n sf a ra n dn e a rt h et i d ed i t c hw e r es i m i l a r , t h ec o n t e n t so ft s a n da sw h i c hi nt h es e c t i o nn e a rt h et i d ed i t c hw e r eh i g h e rs i g n i f i c a n t l yt h a nt h a ti nt h e a r e af a rf r o mt h et i d ed i t c h ；t h ec o n t e n t so fpf r a c t i o n si nt h es e d i m e n t so fs c i r p u s t r i q u e t e rw e t l a n di nt h es e c t i o nn e a rt h et i d ed i t c hw e r eh i g h e rs i g n i f i c a n t l yt h a nt h a ti n t h ea r e af a rf r o mt h et i d ed i t c ho ft h es h a n y u t a n ，h o w e v e rt h ec o n t e n t so f i sa n da si n t h es e c t i o n sf a ra n dn e a rt h et i d ed i t c hw e r es i m i l a r 。( 3 ) f r a c t i o n so fo p 、 i sa n da s c o n t e n t si nt h es e d i m e n t so fp h r a g m i t e sa u s t r a r sw e t l a n di nt h es h a n y u t a nw e r eh i g h e r t h a nt h a ti nt h eb i a n f u z h o ua n dy o u x i z h o uw e t l a n d ，f r a c t i o n so fi pc o n t e n t si n t h e s e d i m e n t so ft h eb i a n f u z h o up h r a g m i t e sa u s t r a l i aw e t l a n dw e r et h eh i g h e r s ti nt h et h r e e s t u d i e dw e t l a n d s 。 k e y w o r d s ：pa n dsf r a c t i o n s p h r a g m i t e sa u s t r a l i s , t r i q u e t e r ，s e d i m e n t ，m i n j i a n gr i v e re s t u a r y n 中文文摘 中文文摘 河口湿地处于海陆生态系统之间的生态交接过度地带，由于受到海陆生态系统 的双重作用，双重影响，湿地生态系统内的物质和能量循环异常的活跃和复杂，而 这一切都反映在河1 ：3 湿地的沉积物中。湿地沉积物中的p 、s 作为湿地生态系统生 产力的限制因子，对其定性和定量的研究历来受到人们所重视，目前，国内有关河 口湿地沉积物p 、s 及其分形的研究多集中在长江口、珠江口、及黄河1 3 湿地，地 处我国东南沿海的闽江河口湿地，作为亚热带河口的重要组成部分，具有一定的代 表性和典型性，因此对闽江河口湿地沉积物p 、s 及其分形研究具有重要的理论和 实践意义。 本文主要分为六个章节，首先综述了河口湿地沉积物p 、s 的研究背景、河口 湿地沉积物p 、s 的形态、含量及其主要影响因素( 含水量、盐度、p h 、沉积物颗 粒大小、有机碳和全氮) 的国内外研究进展，并阐明了本文主要研究内容、目的和 意义。第一章主要介绍了研究区的概况，并阐明了所用的研究方法；第二章分为三 个部分，分别研究了闽江河口鳝鱼滩芦苇、成草和藤草湿地沉积物o p 和i p 的形态、 含量和分布特征及其与环境因子之间的关系；第三章对闽江河口鳝鱼滩芦苇、成草 和藤草湿地沉积物t s 和a s 含量的空间分布及与沉积物理化性质的相关性作了研 究；第四章对闽江河口区不同河口段芦苇湿地沉积物不同形态p ，s 含量及空间分 布特征做了研究；第五章是对本文一些主要研究成果的分析与讨论；第六章是本文 的主要研究结论及对以后开展相关研究的展望通过对大量实测数据资料的综合分 析，全文的主要研究结论如下： ( 1 ) 闽江河口湿地沉积物中p 的赋存形态以职为主，o p 含量只占1 1 p 的 3 1 一2 8 8 ，而c a p 又是口的主要赋存形态，其次是( f , + a i ) - p ，e x c h - p 含量也 较高，o p 组分中以m l o p 的含置最大，而l o p 和h r o p 含量很少： i s 含量较高， 平均含量远远高于我国耕作土壤 i s 含量，a s 含量很少，与我国南方十省土壤a s 平均含量( 3 4 3m gk gd ) 较为接近 ( 2 ) 闽江河i ：3 湿地沉积物各形态p 含量在沉积物垂直剖面中普遍具有自底层 向上呈锯齿状逐渐增大的趋势，最大值基本上出现在沉积物表层和亚表层，最小值 基本上出现在5 0 ，6 0 c m 深度，这与沉积环境的垂直分异有关，另一方面也反映了近 1 1 1 福建师范大学硕士学位论文 几十年来陆源环境污染的加剧； i s 和a s 含量在沉积物垂直剖面中普遍具有自底层 向上逐渐减小的趋势，最大值基本上出现在5 0 , 6 0 c m 深度，最小值出现的深度不一， 从表层到4 0c m 深度均有分布 ( 3 ) 沉积物垂直剖面中，鳝鱼滩芦苇、咸草和蔗草湿地沉积物m l o p 和中m r o p 含量随深度增加，整体变异性不大，而l o p 和h r o p 的变化则比较复杂，蔗草湿 地沉积物口各组分随深度变化总体变异性不大咸草湿地沉积物口各组分含量变 异性较大，近潮沟地区芦苇湿地沉积物m 各组分含量变异性较远潮沟区大；y x 、 b f 和s y 芦苇湿地沉积物各形态p 含量变异性较大鳝鱼滩芦苇、成草和蔗草湿 地沉积物髑含量在沉积物垂直剖面中的变异性也软犬尤其以远潮沟地区蔗草湿 地沉积物t s 含量的变异性最大，芦苇和蔗草湿地沉积物a s 含量在沉积物剖面中总 体变化不大，成草湿地沉积物a s 在沉积物剖面中的变异性较大：y x 芦苇湿地沉 积物1 s 和a s 含量在沉积物垂直剖面中基本无明显变化，b f 和s y 芦苇湿地沉积 物t s 和a s 含量在沉积物垂直剖面中变异性较大 ( 4 ) 闽江河口鳝鱼滩近潮沟地区各形态p 含量互有大小，t s 和a s 的含量的平 均值从大n d , 依次为：成草湿地 蔗草湿蚝 芦苇湿地；远潮沟地区各形态p 平均 含量也互有大小，基本上呈现出咸草湿地 芦苇湿地 曩革湿地的现象， i s 含量的 平均值从大n d , 依次为：蔗草湿地 芦苇湿地 成草湿地，a s 的含量的平均值从 大- n d , 依次为：咸草湿地 蔗草湿地 芦苇湿地；y x 、b f 和s y 芦苇湿地沉积物 l o p 、e x c h - p 、( f c + a 1 ) - l 、c a - p 和r e - p 含量的平均值从大到小依次为：b f s y y x ， 总o p 、m l o p 、m r o p 和h r o p 含量的平均值由大到小的排列顺序均为 s y b f y x ， i s 和a s 的平均含量由大到小的排列顺序均为s y b f y x 。 ( 5 ) 闽江河口鳝鱼滩湿地近潮沟地区，芦苇、成草和蔗草湿地沉积物各形态p 含量除了h r o p 差异不显著外，其余组分差异均极显著或显著，髑和a s 含量差异 也极显著( p 0 0 1 ) ；远潮沟地区，各形态p 及鹃和a s 含量差异也极显著( p 0 0 1 ) 。 ( 6 ) 闽江河口鳝鱼滩成草湿地各形态p 平均含量均呈现出近潮沟 远潮沟的现象，芦苇湿地除了 m r o p 和r e - p 含量在近潮沟区大于远潮沟区外。其余各组分的平均含量均呈现出 近潮沟 远潮沟的现象。 l v ( 7 ) 对鳝鱼滩芦苇、成草和藤草湿地沉积物各形态p 、s 含量在近潮沟和远潮 沟区域进行单因子方差分析，结果显示，芦苇湿地除了o p 、m r o p 、h r o p 和r e p 含量在近潮沟和远潮沟区域差异不显著外，其余各组分含量在远、近潮沟区域差异 均显著( 尸 0 0 5 ) ；而蔗革 湿地沉积物各形态p 含量在远、近潮沟区差异均极显著( p 0 5 时，随着盐度的 升高，沉积物对磷酸盐的吸附量降低：在偏酸性条件下，沉积物对磷酸盐的吸附量 随p h 的升高而降低，而在偏碱性条件下，沉积物对磷酸盐的吸附量随p h 的升高而 增加。白军红m 】的研究结果显示，各形态p 尤其是f e p 和p 与p h 关系密切， 呈显著负相关；李金等【3 5 l 的研究结果也表明沉积物中f e p 含量受p h 、盐度的影响 较大，此外，o p 含量与与含水量的关系也较为密切，呈正相关。 外源p 的输入也会造成湿地生态系统中p 形态、含量的变化。s o n d e r g a r r d 等【4 1 】 研究结果显示沉积物中p 含量的高低与湖泊外部p 的输入密切相关；李金等1 3 5 】研究 结果表明养殖区内沉积物各形态p 的含量高于非养殖区的含量很大程度上是由于受 到人类活动如投放饵料的影响；扈传昱渊对珠江口沉积物中p 的形态研究结果揭示 了沉积物中o p 含量较高可能与珠江口沉积速率较高及受污染的程度有关，沉积物 垂直剖面中，o p 和f e p 含量随深度的增加有递减的趋势，一定程度上反映了近几 十年来陆源环境污染的加剧。 2 3 沉积物s 形态及影响因子研究 硫( s ) 被认为是继n 、p 、k 之后第四位重要的营养元素，在植物的生长发育 中扮演着重要角色 4 2 1 。我国土壤总硫( t s ) 含量大致在1 0 0 - 5 0 0m gk 岔1 之间，热带 和亚热带耕作土壤较温带土壤低，这是由于较强的风化作用所伴随的淋溶作用以及 较低的有机质含量所致，由于土地利用方式的不同，有效硫( a s ) 的含量也表现出 一定的差异性1 4 3 1 。 土壤中的s 可以分为有机硫和无机硫，其分布情况受p h 值影响很大1 4 4 ，4 5 4 6 1 。土 壤中有机硫主要存在于动植物残体和腐殖质，以及一些微生物分解后形成的较简单 的有机化合物中，通过某些还原剂提取来分类，主要包括脂键硫( c o s ) 、碳键 硫( c s ) 、未知态有机硫( u o s ) 【4 i n ，无机硫在土壤中以水溶态、吸附态和不溶 态( 如c a s 0 4 、f e s 2 、a i s 0 4 ，或元素硫) 存在i 铝】。 沉积物表层中的s 大部分是以有机硫的形态存在，由于土壤类型、p h 、有机质 含量、沉积物质地和剖面深度的不同，有机硫和无机硫的含量也会表现出一定的差 异。一般耕作层土壤中的s ，有9 0 以上都是有机硫，其分布规律于有机质相似，即 随深度增加而减少【4 3 , 4 5 l 。河口湿地沉积物中的s 以多种形式存在，根据化合物的类型 福建师范大学硕士学位论文 可分为还原性无机硫( 二硫化铁、一硫化铁和元素硫等) 、有机硫和硫酸盐，其中还 原性无机硫以二硫化铁s 2 ) 为主，元素硫和一硫化铁很少：硫酸盐多以溶解态滞 留于盐沼土壤的孔隙水中，含量较高，约占t s 的1 0 - - 2 0 以上1 4 9 1 。 由于s 在农业生态系统中的重要性，国内外学者对耕作土壤及石灰性土壤中s 的 研究较多，集中在土壤中s 的形态、含量及其影响因子的研究。刘崇群指出，湿润 地区土壤中的s 以有机硫为主，占t s 的8 5 一9 4 ，无机硫仅占6 。1 5 ，北部和西部 石灰性土壤，无机硫含量较高，占仰的3 9 4 6 1 8 1 5 0 l 。t a b a t a b a i 等1 5 1 l 研究结果 表明，土壤中至少9 5 的s 以有机形态存在，且上层大于下层。孙建中等1 5 2 】对华北地 区土壤中s 的赋存特征研究结果显示，土壤中的s 主要以难溶的无机硫为主，a s 的含 量不高，土壤 i s 含量高于南方土壤，东部土壤含s 量高于西部，并分析可能是由于 土壤类型、成土母质及地形的原因导致了这种差异。 国内外学者对湿地沉积物中s 的研究多集中在硫酸盐还原菌、t s 和a s 方面，对 湖泊和海岸红树林s 循环和累积也有研究，而对河口湿地沉积物s 的研究较少。国内 学者对湿地s 的研究多集中在东北三江平原湿地土壤和植物中t s 和硫酸盐的含量及 分布特征方面，对南方的红树林土壤中硫酸盐土也有研究。郝庆菊等1 5 3 5 6 l 对东北三 江平原湿地土壤和植物中的s 作了一系列研究。2 0 0 4 年1 5 3 】研究结果显示，码的含量 约为3 4 9 1 1 4 3 6 7 m gk g 1 ，有机硫含量相当高，约占t s 的8 5 9 ，t s 和各形态s 的含 量在沉积物垂直剖面中具有自上而下递减的趋势；形态s 之间的相关性较显著，t s 与有机硫的关系最密切；各形态s 含量与有机质关系密切，有机质含量高的样品中， 各形态s 含量相对较高，p h 与各形态s 含量呈负相关关系。 李新华等【5 1 l 对三江平原小叶樟湿地土壤和植物系统中s 的形态、含量、分布 也作了一系列的研究。2 0 0 7 年f 5 7 l 研究结果显示，土壤和植物中t s 和a s 含量在剖 面中均具有随深度增加而降低的趋势，此外，有机质含量高的样品中，髑和a s 含 量也较高，呈正相关关系，与郝庆菊等【5 1 j 的研究结果一致。2 0 0 9 年【5 8 】研究结果表明， 沉积物中s 的形态以有机硫为主( 约占髑的9 0 ) ，各形态s 含量与有机质含量密 切相关，在颗粒较粗的样品( 砂粒和粉砂粒为主) 中含量较高，而与颗粒较细的黏 粒的含量呈负相关；此外，各形态s 在沉积物垂直分布中变异性较大，草根层中各 形态s 的含量较高。 王国平等 r l 对向海湿地鸭与a s 垂向分布研究发现，沉积物t s 含量接近于世 界土壤中s 的平均含量，且髑和a s 含量与沉积物中粉砂和粘土质砂关系密切，以 绪论 细颗粒为主的样品中， i s 和a s 含量较高，此外还发现有机质含量与其有较好的相 关性，有机质含量高的样品中，髑和a s 含量也较高：在沉积物剖面中也具有随深 度增加而降低的趋势，草根层的含量最高，同李新华等f 5 8 】的研究结果一致。 张汝国【6 2 1 对珠江口红树林s 的累积和循环研究结果揭示，土壤中s 的含量在 0 5 2 - 1 0 2 1 9k 岔1 之间，红树群落对s 的贮存总量为1 1 6 5 0 - 2 0 6 4 5 k gh m 。2 ，且根、茎、 枝、叶、花果各个部位中贮存的s 量大小也不同，根的贮存量最高，其次是茎和叶， 花、果最小。廖家隆等【6 3 j 对海南和厦门滨海红树林沉积物中s 的形态分析结果显示， 沉积物中的s 以硫化铁硫为主，有机硫次之，硫酸盐含量最低，由于红树林湿地的 沉积环境不同，导致两地有机硫含量与t o c 含量的关系表现也不一致，海南地区红 树林沉积物有机硫含量与t o c 含量呈正相关，而厦门红树林湿地沉积物有机硫含量 与t o c 含量呈负相关。 此外，还有很多学者在湿地沉积物和水中硫酸盐还原菌方面也展开了一系列的 研究，取得了一定的研究成果1 6 4 - 7 1 。 沉积物中p 、s 的形态、含量及其分布受到多种因素的影响，随地理位置的不 同或者深度的改变，控制p 、s 形态和含量的因子也会发生一定的变化，而河口湿 地又处于海、陆生态系统之间的交互地带，生物、地球、化学、大气等各种作用更 加强烈和复杂，因此，对于河口湿地复杂影响过程机理的研究还不够深入，今后有 待进一步加强。 3 本文研究内容 选取闽江河口区面积最大的鳝鱼滩芦苇、成草和蔗草湿地及上段尤溪洲和中段 蝙蝠洲的芦苇湿地，对闽江河口区同一河段不同植物类型湿地、不同河段同种植物 类型湿地沉积物p 、s 形态、含量及其空间分布特征进行探讨，主要研究内容如下： ( 1 ) 闽江河口区同一河段不同植物类型湿地沉积物p 形态、含量及其水平和垂 直变化规律及其与环境因子的关系。 ( 2 ) 闽江河口区同一河段不同植物类型湿地沉积物s 形态、含量及其水平和垂 直变化规律及其与环境因子的关系。 ( 3 ) 闽江河口区不同河段同种植物类型湿地沉积物p 、s 形态、含量及其水平和 垂直变化规律及其与环境因子的关系。 ( 4 ) 影响闽江河口湿地沉积物p 、s 形态、含量及其空间变化的相关因子分析。 基于以上研究内容，本文主要通过野外观测与实验室分析相结合的方法对闽江 福建师范大学硕士学位论文 河口湿地沉积物p 、s 形态、含量及其空间分布特征进行分析，并利用e x c e l 、 s p s s l 3 0 软件进行数据分析处理，采用的研究技术路线如图1 。 图1 闽江河口湿地沉积物p 、s 及其分形研究技术路线 f i g u r e lf l o wc h a r to ft h er e s e a r c ho npa n dsf r a c t i o n si nt h es e d i m e n t so fm i n j i a n gr i v e re s t u a r y w e t l a n d 4 研究目的和意义 本文的研究目的： ( 1 ) 揭示闽江河口区鳝鱼滩不同植物类型湿地( 芦苇湿地、咸草湿地、蔗草湿 地) 沉积物p 、s 形态、含量及其垂直和水平分异规律： ( 2 ) 对比并揭示闽江河口区不同河段尤溪洲、蝙蝠洲和鳝鱼滩芦苇湿地沉积物 绪论 p 、s 形态、含量及其垂直和水平分异规律： ( 3 ) 揭示影响闽江河口湿地沉积物p 、s 形态、含量及其空间变化的相关因子 本文的研究意义： ( 1 ) 对闽江河口湿地沉积物p 、s 形态和含量的垂直和水平分异规律研究，可 填补我国对于东南沿海亚热带河口湿地沉积物p 、s 形态和含量研究的不足，丰富 河口湿地生源要素研究的内容，具有一定的创新性： ( 2 ) 对闽江河口湿地沉积物p 、s 的分形研究有助于准确把握该区域湿地生态 系统对人类活动和环境变化的响应，为进一步开展湿地生态系统健康评价有重要的 理论指导和实践意义； ( 3 ) 研究结果可为我国乃至世界河口湿地生态系统生源要素的研究提供科学基 础数据，为闽江河口湿地的保护和合理利用提供决策支持。 福建师范大学硕士学位论文 1 0 第一章研究区概况与研究方法 1 研究区概况 第一章研究区概况与研究方法 1 1 闽江河口区概况 闽江发源于福建与江西省交界的建宁县均口乡，干流全长5 7 7 k m ，流域面积 6 0 9 9 2 k m 2 ，约占福建省总面积的一半。闽江河口区西起闽侯竹岐，东至连江川石岛， 湿地主要分布在闽江河口段沿岸和福州平原一带，总面积达到4 6 7 6k m 2 ，其中河流 湿地和水田的比例分别达到了4 7 8 和4 3 8 ，两者之和达到了9 0 以上，是这一 地区的主要湿地类型，其次是滩涂、湖塘湿地和水库。鳝鱼滩、蝙蝠洲、道庆洲、 塔礁洲、浦下洲、长岸洲这些天然的滩涂湿地依次分布在闽江两岸，其面积大的可 达数千公顷，小的也有数百公顷( 图1 1 ) ，这些滩涂有着重要的生态功能，是闽江 河口湿地保护的重点。 图1 - 1 闽江河口区天然湿地分布图 f i g 1 - 1 t h el o c a t i o no ft h en a t u r a lw e t l a n di nt h em i n j i a n gr i v e re s t u a r ya r e a 福建师范大学硕士学位论文 闽江河口区地处中亚热带和南亚热带海洋性季风气候的过渡区，区内气候温暖 湿润，年平均气温达到1 9 7 ，雨量充沛，年平均降水量为1 3 4 6 m m ，降水多集中 在每年的3 棚月，集中了每年降雨量的8 0 以上。闽江河口段潮汐，在口外属于正 规半日潮，在口内属于正